依莰舒的合成工藝研究

王治國，劉 洋

(湖北理工學(xué)院a.化學(xué)與化工學(xué)院， b.礦區(qū)環(huán)境污染控制與修復(fù)湖北省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 黃石435003)

0 引言

太陽光中的紫外線根據(jù)波長可分為長波紫外線(UVA，300～400 nm)、中波紫外線(UVB，280～320 nm)和短波紫外線(UVC，200～280 nm)3種[1-2]。其中，UVC被臭氧層吸收后很難到達(dá)地球表面，UVA和UVB能到達(dá)地球表面，且能穿透人類皮膚表層，產(chǎn)生強(qiáng)烈的光損傷，從而引發(fā)一系列皮膚病，甚至誘發(fā)皮膚癌[3-7]。

目前，紫外線吸收劑可分為對氨基苯甲酸類、水楊酸類、肉桂酸類、苯酮類、樟腦衍生物類、三嗪類、二苯甲酰甲烷類、苯基苯并咪唑類八大類，其中大部分的吸收波段在UVB波段，而在UVA波段的種類很少[8]。依莰舒的化學(xué)名稱為對苯二亞甲基二樟腦磺酸，屬于樟腦衍生物類紫外線吸收劑。其紫外線吸收波段為290～390 nm，最大吸收峰在345 nm，是有效的UVA吸收劑之一，同時(shí)也能吸收部分UVB。依莰舒因具有2個磺酸基團(tuán)，表現(xiàn)出很好的水溶性[9]，可以做成水溶性系列防曬化妝品。目前，國內(nèi)關(guān)于依莰舒的文獻(xiàn)報(bào)道很少，依莰舒的合成收率較低[10-11]，且合成依莰舒的專利將要到期。因此，對依莰舒的合成工藝展開研究具有重要意義。

本研究以樟腦為起始原料，經(jīng)磺化、羥醛縮合、酸化3步反應(yīng)制備依莰舒，并對其合成工藝進(jìn)行優(yōu)化研究，以得到最佳合成條件。依莰舒的合成反應(yīng)機(jī)理如式(1)。

(1)

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

1)實(shí)驗(yàn)用儀器：數(shù)字熔點(diǎn)測定儀(WRR型，上海儀電物理光學(xué)儀器有限公司)；核磁共振波譜儀(D2O為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo)，ADNCE-400MHz型，Bruker公司)；紅外光譜儀(SPECTRUM型，鉑金埃爾默儀器有限公司)；紫外分光光度計(jì)(SPECORD S600型，德國耶拿分析儀器股份公司)；液質(zhì)聯(lián)用儀(6545 Q-TOF LC/MS型，國安捷倫科技有限公司)。

2)實(shí)驗(yàn)用試劑：樟腦(AR，寶雞市國康生物科技有限公司)；對苯二甲醛(AR，上海易勢化工有限公司)；乙酸酐(AR，成都市科龍化工試劑廠)；濃硫酸(AR，開封東大化工有限公司)；甲醇鈉(AR，禹城市創(chuàng)興化工有限公司)；乙醇鈉(AR，禹城市創(chuàng)興化工有限公司)；甲醇鋰(AR，南京化學(xué)試劑股份有限公司)；二異丙基氨基鋰(AR，廣州市江順化工科技有限公司)；氫化鈉(AR，武漢遠(yuǎn)成共創(chuàng)科技有限公司)；甲醇鉀(AR,單縣富喜爾化學(xué)有限公司)；鹽酸(AR，辛集市嘉澤化工有限公司)；三氟乙酸(AR，山東?？祷び邢薰?；溴化氫(AR,濰坊威森格化工有限公司)；碘化氫(AR，武漢拉那白醫(yī)藥化工有限公司)；甲基磺酸(AR，巴彥淖爾市金盛匯化工有限公司)。

1.2 化合物的合成

1.2.1樟腦磺酸1的合成

將3.96 g (26.0 mmol) 樟腦溶于8.0 mL乙酸酐中，攪拌10 min，待固體基本溶解后，在冰水浴(1～2 ℃)條件下緩慢滴加2.0 mL濃硫酸。冰水浴攪拌30 min后，置于10 ℃環(huán)境中攪拌24 h，溶液呈白色乳濁狀，有白色固體生成。抽濾，用4.0 mL乙酸乙酯洗滌2次，得白色固體即為樟腦磺酸[12]。 m.p.191～194 ℃(文獻(xiàn)[13]值：193～195 ℃)；1H NMR (D2O,400 MHz):3.15(m,1H);2.67(m,1H);2.45～2.18(m,2H);2.01～1.90(m,2H);1.89～1.85(m,2H);1.47～1.29(m,2H);0.99(s,3H);0.74(s,3H)。

1.2.2對苯二亞甲基二樟腦磺酸鈉2的合成

向配有機(jī)械攪拌和溫度計(jì)的500 mL 四口燒瓶中加入11.6 g (50.0 mmol)樟腦磺酸和定量的堿，搭建氮?dú)獗Ｗo(hù)裝置以抽凈體系內(nèi)部空氣。開啟攪拌，加入100.0 mL甲苯和10.0 mL甲醇，升溫至110 ℃后恒溫?cái)嚢杌亓?.5 h。將3.35 g (25.0 mmol)對苯二甲醛溶液溶于70.0 mL甲苯和6.0 mL甲醇的混合溶劑中，此時(shí)混合液呈橘黃色。慢慢向反應(yīng)體系中滴加混合液，2 h左右滴加完畢。在回流狀態(tài)下攪拌1 h后，停止攪拌和加熱，待溶液冷卻至室溫開始抽濾。不經(jīng)過純化，直接進(jìn)行下一步反應(yīng)[14]。

1.2.3對苯二亞甲基二樟腦磺酸3的合成

將18.5 g (30.5 mmol) 對苯二亞甲基二樟腦磺酸鈉固體轉(zhuǎn)移至帶有磁子的500 mL單口燒瓶中，加入70.0 mL 6 mol/L的酸溶液，開始攪拌并升溫。固體逐漸溶解，回流狀態(tài)下攪拌1 h。減壓蒸餾，根據(jù)固體的析出和溶劑的餾出情況，抽濾得到白色黏稠狀固體依莰舒粗品[15]。經(jīng)去離子水∶乙醇= 1∶1的溶劑重結(jié)晶后，得到依莰舒純品，通過滴定[16]測得其純度為99.5%。m.p.252～255 ℃(文獻(xiàn)[10]值：254～256 ℃)；1H NMR(D2O,400 MHz)δ:7.62(s,2H)，7.11(s,1H)，4.91(s,5H)，3.10～3.03(m,2H)，2.84～2.76(m,1H)，2.59～2.51(t,1H)，2.20～2.16(m,1H)，1.46～1.41(m,2H)，1.11(s,3H)，0.72(s,3H)。IR(KBr),v,cm-1∶3 448s,2 960m,1 726s,1 642s,1 512w,1 476w,1 396w,1 178s,1 048s,952m,830w,794w,768w。

2 結(jié)果與討論

2.1 原料配比對產(chǎn)率的影響

溶劑為170.0 mL甲苯和16.0 mL甲醇，催化劑LDA為100.0 mmol，改變對苯二甲醛和樟腦磺酸的摩爾比(其中對苯二甲醛溶液含70.0 mL甲苯和6.0 mL甲醇)。在110 ℃回流狀態(tài)下，將對苯二甲醛溶液滴入樟腦磺酸和甲醇鈉的混合體系中，110 ℃恒溫回流1 h。原料配比對產(chǎn)率的影響曲線如圖1所示。由圖1可知，在n對苯二甲醛∶n樟腦磺酸=1∶2.2左右時(shí)，產(chǎn)率最高?？紤]到樟腦磺酸在后續(xù)提純步驟中容易除去，并且可以使對苯二甲醛反應(yīng)完全而簡化提純方案，所以原料最佳配比應(yīng)維持在n對苯二甲醛∶n樟腦磺酸=1∶2.2左右。

圖1 原料配比對產(chǎn)率的影響曲線

2.2 堿的類型及用量對產(chǎn)率的影響

樟腦磺酸α-C上氫的酸性很弱，需要一種強(qiáng)堿來使樟腦磺酸形成烯醇負(fù)離子。該反應(yīng)為一可逆過程，堿用量過少，會使反應(yīng)進(jìn)行不完全；用量過多，會使提純所需溶劑增多，導(dǎo)致產(chǎn)率降低。無水無氧條件下向11.6 g (50.0 mmol) 樟腦磺酸和適量堿的混合體系中加入100.0 mL甲苯與10.0 mL甲醇的混合溶液，110 ℃油溫下滴加對苯二甲醛溶液3.35 g (25.0 mmol)(其中對苯二甲醛的溶解需要70.0 mL甲苯和6.0 mL甲醇)，回流反應(yīng)0.5 h，冷卻，抽濾，烘干固體。不同的堿類型及用量時(shí)依莰舒的產(chǎn)率見表1。從表1可以看出，當(dāng)用LDA作強(qiáng)堿，且保證其用量為樟腦磺酸投入量的1.6～1.8倍時(shí) ，依莰舒的產(chǎn)率最高。

表1 不同的堿類型及用量時(shí)依莰舒的產(chǎn)率 %

2.3 酸類型對產(chǎn)率的影響

酸解反應(yīng)是一種可逆反應(yīng)，酸的酸性不強(qiáng)會使反應(yīng)進(jìn)行不完全，因而影響到產(chǎn)率。取18.0 g(29.7 mmol) 對苯二亞甲基二樟腦磺酸鈉，加入一定量的6.0 mol/L酸溶液，在回流狀態(tài)下攪拌0.5 h。然后進(jìn)行減壓蒸餾，待體系濃縮至原體積的2/3時(shí)，停止減壓蒸餾，降至室溫，有大量固體析出。抽濾后，用20.0 mL丙酮洗滌2次。酸類型對產(chǎn)率的影響見表2。由表2可知，當(dāng)酸溶液為氫溴酸時(shí)，依莰舒的產(chǎn)率最高。

表2 酸類型對產(chǎn)率的影響

3 結(jié)論

以樟腦為原料，經(jīng)磺化、羥醛縮合、酸解三步反應(yīng)合成依莰舒。其合成反應(yīng)最優(yōu)條件為：投料摩爾比n對苯二甲醛∶n樟腦磺酸=1∶2.2，LDA的投入量為樟腦磺酸的1.8倍，酸解過程選用氫溴酸，此時(shí)，依莰舒的收率可達(dá)50.3%。已有文獻(xiàn)[10]和[15]直接以樟腦磺酸為原料制備依莰舒，收率分別為70.2%和61.8%。本文以樟腦為原料制備依莰舒，收率雖只有50.3%，但是通過重結(jié)晶提純后，滴定純度達(dá)到99.5%。